JP3692949B2

JP3692949B2 - Optical multiplexer / demultiplexer

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Publication number: JP3692949B2
Application number: JP2001050800A
Authority: JP
Inventors: 英明荒井; 貴史千葉; 尚登上塚
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2021-02-26
Also published as: JP2001318249A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光合分波器に関し、特に、出力光の波長分散を小さくした光合分波器およびさらに、合波と分波の機能を同時に兼ねることができるようにした光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近い将来の波長多重通信において、その一つの形態はインターリーブ方式である。この方式では、一定のチャンネル波長間隔を有する信号を、その２倍のチャンネル波長間隔を有し、かつそのチャンネル波長間隔だけ位相がずれた２つの信号に分波、あるいはその逆に合波する機能をもつ光合分波器が不可欠である。インターリーブ方式の波長多重通信に用いられる、このような光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域を有する必要がある。
【０００３】
図２４は、上記機能を有する従来の光合分波器を示す。この光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域を得るため、４個の光カプラー２４，２５，２６，２７と、隣接する光カプラーの間を結ぶ、長さの異なる２本の導波路の組（導波路２８ａと２８ｂ、導波路２９ａと２９ｂ、導波路３０ａと３０ｂの各組）から成り、マッハツェンダー干渉回路を直列多段接続したものに相当する。マッハツェンダー干渉回路が直列多段接続された光合分波器には、例えば、米国特許第5,852,505号に開示されたものがある。
【０００４】
図２５は、図２４の光合分波器のポート２１から白色光を入力したときのポート２２からの出力のスペクトル応答、図２６は同じくポート２３からの出力のスペクトル応答を示す。チャンネル波長間隔が約０．４ｎｍ（周波数５０ＧＨｚ）の信号λ₁ ，λ₂ ，λ₃ ，λ₄をポート２１から入力すると、ポート２２からは信号λ₁ ，λ₃ 、ポート２３からは信号λ₂ ，λ₄が出力され、それらのチャンネル波長間隔は約０．８ｎｍ（周波数１００ＧＨｚ）である。図２５および図２６に示されるように、マッハツェンダー干渉回路を直列多段接続した図２４の光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２４に示す従来の光合分波器は、波長分散が大きい欠点をもつ。
【０００６】
図２７はポート２１から入力しポート２２から出力する光路の波長分散特性、図２８はポート２１から入力しポート２３から出力する光路の波長分散特性を、それぞれ示す。図２７、図２８とも、横軸は波長でなく周波数を示し、通過波長域付近のみでの分散を示している。図に示されるように、通過波長域付近で３０ps／nm近くの分散を有する。この値はパラメータにより異なるが、損失の波長平坦性をよくすると分散が増大することは、原理的に避けられない。波長分散が大きいと、システムの伝送速度や中継距離で不利になる。
【０００７】
また、従来の光合分波器は、光合波、光分波のいずれの機能も有し得るけれども、信号源が異なる複数の光信号に対し１台の光合分波器で同時に合波及び分波の処理を行なうものがなかったので、合波と分波の目的にそれぞれ少なくとも１台の光合分波器を必要とした。従って、必要な台数の光合分波器のスペースを要した。
【０００８】
本発明の目的は、それ故、波長分散が極めて小さく、通過波長域で損失の波長平坦性が優れた、光合分波器を、実現することである。
【０００９】
本発明の目的は、信号源が異なる複数の光信号の合波及び分波の処理に必要な光合分波器のスペースを減らせる、光合分波器を、実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的の第一を達成するため、本発明の光合分波器は、導波路を含む光路を有する第一、第二及び第三のマッハツェンダ干渉回路からなり、前記マッハツェンダ干渉回路はいずれも、それぞれ４個の光カプラーと、隣接する光カプラーの間を結ぶ長さの異なる２本の導波路の組と、光の入出力をする４個のポートとを有し、前記４個の光カプラーは、第一と第二の光カプラーの結合率が約５０％、第三と第四の光カプラーの結合率が約２％であり、前記導波路の組は、第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路が同じ側に位置すると共に、これらの長い方の導波路の反対側に第二と第三の光カプラーの間の長い方の導波路が位置し、かつ、使用する波長帯の極大値をλｃ、導波路の等価屈折率をＮ eff 、第一の光カプラーと第二の光カプラーの間の導波路の長さの差をΔＬとすると、第二の光カプラーと第三の光カプラーの間の導波路の長さの差が２ΔＬ、第三の光カプラーと第四の光カプラーの間の導波路の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎ eff であり、前記４個のポートは、第一ポートと第二ポートが第一の光カプラーに接続されると共に第三ポートと第四ポートが第四の光カプラーに接続され、かつ、第一ポートと第三ポートとが第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路と同じ側に位置し、第一のマッハツェンダ回路の第三ポートに第二のマッハツェンダ干渉回路の第二ポートが接続されていると共に、第一のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートに第三のマッハツェンダ干渉回路の第二ポートが接続されているものである。
【００１１】
また上記目的の第一を達成するため、本発明の光合分波器は、導波路を含む光路を有する第一、第二及び第三のマッハツェンダ干渉回路からなり、前記マッハツェンダ干渉回路はいずれも、それぞれ４個の光カプラーと、隣接する光カプラーの間を結ぶ長さの異なる２本の導波路の組と、光の入出力をする４個のポートとを有し、前記４個の光カプラーは、第一と第二の光カプラーの結合率が約５０％、第三と第四の光カプラーの結合率が約２％であり、前記導波路の組は、第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路が同じ側に位置すると共に、これらの長い方の導波路の反対側に第二と第三の光カプラーの間の長い方の導波路が位置し、かつ、使用する波長帯の極大値をλｃ、導波路の等価屈折率をＮ eff 、第一の光カプラーと第二の光カプラーの間の導波路の長さの差をΔＬとすると、第二の光カプラーと第三の光カプラーの間の導波路の長さの差が２ΔＬ、第三の光カプラーと第四の光カプラーの間の導波路の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎ eff であり、前記４個のポートは、第一ポートと第二ポートが第一の光カプラーに接続されると共に第三ポートと第四ポートが第四の光カプラーに接続され、かつ、第一ポートと第三ポートとが第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路と同じ側に位置し、第一のマッハツェンダ回路の第三ポートに第二のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートが接続されていると共に、第一のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートに第三のマッハツェンダ干渉回路の第三ポートが接続されているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による光合分波器の実施の一形態を示す。図１の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路２ａ，２ｂ，２ｃを有し、それらが集積されている。３個のマッハツェンダー干渉回路２ａ，２ｂ，２ｃは同じ構造を有しているが、マッハツェンダー干渉回路２ｂと同２ｃとは、図の上下方向で鏡像関係にある。光合分波器は、石英基板１の上に形成されている。
【００１３】
図３は、マッハツェンダー干渉回路２ａ、２ｂ又は２ｃの構造を示す。マッハツェンダー干渉回路は、４個の光カプラー１０，１１，１２，１３と、隣接する光カプラーの間を結ぶ、長さの異なる２本の導波路の組（導波路１４と１５、導波路１６と１７、導波路１８と１９の各組）から成っている。光カプラー１０と１１には、方向性結合器の代わりに、ＭＭＩ型カプラーを用いてもよい。導波路の組のうち、一段目（光カプラー１０と１１の間）と三段目（光カプラー１２と１３の間）のそれぞれ長い方の導波路、すなわち導波路１５と１９とは同じ側にあり、二段目の組の長い方の導波路１７は反対側に位置している。光カプラー１０の外側の導波路の端末６を第一ポート、端末７を第二ポート、光カプラー１３の外側の導波路の端末８を第三ポート、端末９を第四ポートとする。
【００１４】
図１の光合分波器では、光信号をマッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）に入力し、マッハツェンダー干渉回路２ａの第三ポート（端末８）をマッハツェンダー干渉回路２ｂの第二ポート（端末７）に、同２ａの第四ポート（端末９）をマッハツェンダー干渉回路２ｃの第二ポート（端末７）に、それぞれ接続し、マッハツェンダー干渉回路２ｂの第四ポート（端末９＝ポート４）と、マッハツェンダー干渉回路２ｃの第三ポート（端末８＝ポート５）から、合分波後の光信号を出力させている。
【００１５】
図２は、本発明による光合分波器の実施の他の形態を示す。図２の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有し、それらが集積されている。光合分波器のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃの基本構造は、図３に示したものと同じである。マッハツェンダー干渉回路３２ａはマッハツェンダー干渉回路２ａと同じ構造を有し、マッハツェンダー干渉回路３２ｂ，３２ｃはマッハツェンダー干渉回路３２ａの出力側（第三ポート及び第四ポート）と入力側（第一ポート及び第二ポート）を反転させたもの（図の左右方向で鏡像関係）である。
【００１６】
図２の光合分波器では、光信号をマッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６）に入力し、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第三ポート（端末８）をマッハツェンダー干渉回路３２ｂの第四ポート（端末９）に、同３２ａの第四ポート（端末９）をマッハツェンダー干渉回路３２ｃの第三ポート（端末８）に、それぞれ接続し、マッハツェンダー干渉回路３２ｂの第二ポート（端末７＝ポート３４）およびマッハツェンダー干渉回路３２ｃの第二ポート（端末７＝ポート３５）から、合分波後の光信号を出力させている。
【００１７】
図３に示すマッハツェンダー干渉回路において、光カプラー１０と１１の結合率は、例えば約５０％（ただし設計値）、光カプラー１２と１３の結合率は、例えば約２％（ただし設計値）である。光合分波器を用いる波長帯の極大値（中心波長）をλｃ、導波路の等価屈折率をＮeff 、導波路１４と導波路１５の長さの差をΔＬとすると、導波路１６と導波路１７の長さの差が２ΔＬに、導波路１８と導波路１９の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎeff になるように、各導波路の組を構成する。
【００１８】
図８ないし図１１は、図３に示すマッハツェンダー干渉回路の損失特性及び波長分散特性を示す。図８は、第一ポート（端末６）に入力し、第三ポート（端末８）から出力させる光路（第一の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図９は、第二ポート（端末７）に入力し、第四ポート（端末９）から出力させる光路（第二の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図８と図９を比較すると明かなように、第一の光路と第二の光路の、損失特性は同じで、波長分散特性は逆である。図１の光合分波器では、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路を、マッハツェンダー干渉回路２ｂの第二ポート（端末７）から第四ポート（端末９）に至る第二の光路に接続することによって、それぞれの波長分散特性を相殺させている。図２の光合分波器でも、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路を、マッハツェンダー干渉回路３２ｂの第四ポート（端末９）から第二ポート（端末７）に至る第二の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。このとき通過波長域は若干狭まるが、信号はフィルタを２回通ることになるので、阻止特性は向上し、光アイソレーションは２倍になる。
【００１９】
図１０は、第一ポート（端末６）に入力し、第四ポート（端末９）から出力させる光路（第三の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図１１は、第二ポート（端末７）に入力し、第三ポート（端末８）から出力させる光路（第四の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図１０と図１１を比較すると明かなように、第三の光路と第四の光路においても、損失特性は同じで、波長分散特性は逆である。図１の光合分波器では、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）から第四ポート（端末９）に至る第三の光路を、マッハツェンダー干渉回路２ｃの第二ポート（端末７）から第三ポート（端末８）に至る第四の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。図２の光合分波器でも、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６）から第四ポート（端末９）に至る第三の光路を、マッハツェンダー干渉回路３２ｃの第三ポート（端末８）から第二ポート（端末７）に至る第四の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。
【００２０】
図１２は、本発明による光合分波器の別の実施形態を示す。図１２の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃを有するが、これらはそれぞれ図２のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃと同じである。図２の光合分波器と異なる点は、図２の光合分波器で開放されていたマッハツェンダー干渉回路３２ａの第二ポート（端末７）が図１２のマッハツェンダー干渉回路４２ａでは出力ポートとして利用されること、図２の光合分波器で開放されていたマッハツェンダー干渉回路３２ｂおよび同３２ｃの第一ポートが、マッハツェンダー干渉回路４２ｂ及び同４２ｃではそれぞれの入力ポートとして利用されること、光合分波器の入力ポート４３，４７，４８とマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃの第一ポート（端末６）との間に、それぞれ光アイソレータ５１，５２，５３が挿入されていることである。
【００２１】
図１２の光合分波器の３個のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃの組み合わせは、図２の光合分波器のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃの組み合わせと同じ特性をもつから、入力ポート４３から光信号λ₁,λ₂ ,λ₃ ,λ₄を入力すると、マッハツェンダー干渉回路４２ｂおよび同４２ｃの第二ポート（端末７）すなわち光合分波器のポート４４及び４５から出力される光信号（λ₁,λ₃ 及びλ₂ ,λ₄ ）に関し、図１２の光合分波器は光分波器として作用する。この場合には、光アイソレータ５１の存在に拘わらず、図１２の光合分波器の光信号の経路は図２の光合分波器のそれと同じであるから、波長分散特性が相殺されている。
【００２２】
一方、入力ポート４７，４８からそれぞれ、光アイソレータ５２，５３を介して波長の異なる光信号λ₂ ,λ₄ 及び光信号λ₁ ,λ₃が入力されると、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第二ポート（端末７）、すなわち光合分波器のポート４６からは、合波された光信号λ₁ ,λ₂,λ₃ ,λ₄ が出力される。すなわち、図１２の光合分波器は、光合波器として作用する。それ故、図１２の光合分波器を用いると、同時に１台の光合波器と１台の光分波器の役目を果たす。
【００２３】
入力ポート４７，４８から入力され、合波されてポート４６から出力される光信号に関して、マッハツェンダー干渉回路４２ｂの第一ポートから第四ポート（端末９）に至る第三の光路と、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第三ポート（端末８）から第二ポート（端末７）に至る第四の光路が、逆の波長分散特性を有するとともに、マッハツェンダー干渉回路４２ｃの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路と、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第四ポート（端末９）から第二ポート（端末７）に至る第二の光路が、逆の波長分散特性を有する。いずれの経路についても、波長分散特性は相殺されており、波長分散は理論上ゼロになる。
【００２４】
図１２に示す光合分波器のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、同じ作用をする（等価）光合分波回路で置き換えることができるのは、もちろんである。図１３は、端末６，７，８，９をもつ等価の光合分波回路６２ａ，６２ｂ，６２ｃで置き換えた場合の光合分波器の概念図である。
【００２５】
図１２に示す光合分波器は、石英基板４１上で別のレイアウトを有することができる。図１４は、図１２に示す光合分波器の別のレイアウトの一例を示す。
【００２６】
図１２に示す光合分波器は波長多重光通信システムに適用でき、特に双方向伝送システムに好適である。本発明の光合分波器は導波路を用いたものに限らず、光ファイバ型カプラーを用いたものでもよい。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の構成及び効果をさらに具体的に説明する。
［実施例１］図１に示す光合分波器を石英基板１の上に形成させた。詳細には、石英基板１の上に、ＧｅＯ₂ ドープされたＳｉＯ₂ コアガラス膜をスパッタリングにより形成し、フォトエッチングによりパターンを作り、その上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂クラッド層を形成した。この光合分波器を用い、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６＝ポート３）から波長間隔０．４ｎｍの光信号λ₁,λ₂ ,λ₃ ,λ₄ を入力すると、ポート４からは光信号λ₁ ,λ₃、ポート５からは光信号λ₂ ,λ₄ が、それぞれ出力される。ポート３からポート４に至る光路も、ポート３からポート５に至る光路も、すでに説明した通り、マッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されており、分散が理論上は皆無の光合分波器が得られる。
【００２８】
図４ないし図７は、実施例１（図１）の光合分波器の光学特性を示す。図４はポート３から入力されポート４から出力される光信号の波長損失特性、図６は同じく通過波長域の波長損失特性および波長分散特性を示す。図５はポート３から入力されポート５から出力される光信号の波長損失特性、図７は同じく通過波長域の波長損失特性および波長分散特性を示す。通過波長域の損失特性は波長に対して平坦であり、分散は図示された通過域全体でほぼ０になっている。
【００２９】
［実施例２］図２に示す光合分波器を、実施例１と同様の方法で製作した。この光合分波器を用い、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６＝ポート３３）から、波長間隔０．４ｎｍの光信号λ₁ ,λ₂ ,λ₃ ,λ₄を入力すると、ポート３４からは光信号λ₁ ,λ₃ 、ポート３５からは光信号λ₂ ,λ₄が出力される。ポート３３からポート３４に至る光路も、ポート３３からポート３５に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されているので、分散が理論上皆無の光合分波器が得られる。
【００３０】
実施例１において、ＧｅＯ₂ ドープされたＳｉＯ₂ コアガラス膜の代わりに、ＴｉＯ₂ドープされたＳｉＯ₂ コアガラス膜を用いてもよい。また、光合分波回路素子の製作後に、製作上の誤差を補正するため、炭酸ガスレーザ照射することが望ましい。光合分波器の製作には公知の導波路製作のいずれを用いてもよい。
【００３１】
［実施例３］図１２に示す光合分波器を、実施例１と同様の方法で製作した。光アイソレータとしては、アイソレーション２０ｄＢ程度のものを用い、導波路モジュールに融着固定した。この光合分波器を用い、入力ポート４３から波長間隔０.4ｎｍの光信号λ₁ ,λ₂ ,λ₃ ,λ₄ を、光アイソレータ５１を介してマッハツェンダー干渉回路４２ａの第一ポート（端末６）に入力すると、ポート４４からは光信号λ₁,λ₃ 、ポート４５からは光信号λ₂ ,λ₄ が出力される。入力ポート４３からポート４４に至る光路も、入力ポート４３からポート４５に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されるので、図１２の光合分波器は分散が理論上皆無の光分波器として作用する。
【００３２】
図１５は、光信号を入力ポート４３に入力しポート４４から出力させた場合の波長損失特性を示す。図１６は、光信号を入力ポート４３に入力しポート４５から出力させた場合の波長損失特性を示す。それぞれ波長λ₁ ,λ₃ または波長λ₂,λ₄において波長損失は０ｄＢである。
【００３３】
図１９は、入力ポート４３からポート４４に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示し、図２０は、入力ポート４３からポート４５に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示す。
【００３４】
入力ポート４７から光信号λ₂ ,λ₄ を、入力ポート４８から光信号λ₁ ,λ₃を、それぞれ光アイソレータ５２，５３を介してマッハツェンダー干渉回路４２ｂ，４２ｃの各第一ポート（端末６）に入力すると、ポート４６から合波された光信号λ₁,λ₂ ,λ₃ ,λ₄ が出力される。入力ポート４７からポート４６に至る光路も、入力ポート４８からポート４６に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の間で波長分散特性が互いに相殺されるので、図１２の光合分波器は分散が理論上皆無の光分波器として作用する。
【００３５】
図１７は、光信号を入力ポート４７に入力しポート４６から出力させた場合の波長損失特性を示す。図１８は、光信号を入力ポート４８に入力しポート４６から出力させた場合の波長損失特性を示す。それぞれ波長λ₂ ,λ₄ または波長λ₁ ,λ₃において波長損失は０ｄＢである。
【００３６】
図２１は、入力ポート４７からポート４６に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示し、図２２は、入力ポート４８からポート４６に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示す。
【００３７】
図２３に示すように、第一のマッハツェンダー干渉回路７２ａの第三ポート（端末８）を第二のマッハツェンダー干渉回路７２ｂの第二ポート（端末７）に、同じく第四ポート（端末９）を第三のマッハツェンダー干渉回路７２ｃの第二ポート（端末７）に、それぞれ接続した光合分波器に対して、マッハツェンダー干渉回路７２ｂの第三ポート（端末８）及びマッハツェンダー干渉回路７２ｃの第四ポート（端末９）に、それぞれ光アイソレータ７３及び７４を設け、これらを介して光信号を入力させることもできる。この場合にも、本発明の第二の目的、すなわち１個の光合分波器の分波合波同時使用は達成できるが、第一のマッハツェンダー干渉回路７２ａの第二ポート（端末７＝４６ポート）から出力される、合波後の光信号の波長分散は０にならず、やや増大する。それ故、この構成で入力側に光アイソレータを挿入して第一のマッハツェンダー干渉回路を出力側とする光合波器として利用することには、幾分の不利がある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によると、波長分散が極めて小さく（理論上ゼロ）、通過波長域で損失の波長平坦性がすぐれた光合分波器が、実現される。波長分散を増加せずに光合分波できるので、実用上、波長多重通信システムにおいて伝送速度の増大、中継距離の延長を達成できる。
【００３９】
光信号が２つの光合分波回路を通過するので、２段のフィルター効果を受け、アイソレーション特性も向上する。
【００４０】
また、本発明によると（図１２のような構成をとることにより）、１台で同時に各１台の光合波器と光分波器の役目を果たす光合分波器が、実現される。それ故、信号源が異なる複数の光信号の合波及び分波の処理に必要な光合分波器のスペースを減らすことができ、コストも削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光合分波器の実施の一形態を示す平面説明図。
【図２】本発明による光合分波器の実施の一形態を示す平面説明図。
【図３】本発明に用いる光合分波回路の説明図。
【図４】光信号の波長損失特性を示すグラフ。
【図５】光信号の波長損失特性を示すグラフ。
【図６】通過波長域の波長損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図７】通過波長域の波長損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図８】光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図９】光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１０】光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１１】光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１２】本発明による光合分波器の別の実施形態を示す平面説明図。
【図１３】等価の光合分波回路で置き換えた場合の光合分波器の概念図。
【図１４】図１２に示す光合分波器の、別のレイアウトを示す平面説明図。
【図１５】波長損失特性を示すグラフ。
【図１６】波長損失特性を示すグラフ。
【図１７】波長損失特性を示すグラフ。
【図１８】波長損失特性を示すグラフ。
【図１９】光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２０】光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２１】光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２２】光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２３】本発明による光合分波器の、さらに他の実施形態を示す平面説明図。
【図２４】従来の光合分波器を示す平面説明図。
【図２５】従来の光合分波器に白色光を入力したときの出力のスペクトル応答を示すグラフ。
【図２６】従来の光合分波器に白色光を入力したときの出力のスペクトル応答を示すグラフ。
【図２７】光路の波長分散特性を示すグラフ。
【図２８】光路の波長分散特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１石英基板
２ａ，２ｂ，２ｃマッハツェンダー干渉回路
３，４，５ポート
６，７，８，９端末
１０，１１，１２，１３光カプラー
１４，１５導波路
１６，１７導波路
１８，１９導波路
２０光合分波器
２１，２２，２３ポート
２４，２５，２６，２７光カプラー
２８ａ，２８ｂ導波路
２９ａ，２９ｂ導波路
３０ａ，３０ｂ導波路
３１石英基板
３２ａ，３２ｂ，３２ｃマッハツェンダー干渉回路
３３，３４，３５ポート
４１石英基板
４２ａ，４２ｂ，４２ｃマッハツェンダー干渉回路
４３入力ポート
４４，４５，４６ポート
４７，４８入力ポート
５１，５２，５３光アイソレータ
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ光合分波回路
７１石英基板
７２ａ，７２ｂ，７２ｃマッハツェンダー干渉回路
７３，７４光アイソレータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an optical multiplexer / demultiplexer, and more particularly, to an optical multiplexer / demultiplexer in which wavelength dispersion of output light is reduced, and further to an optical multiplexer / demultiplexer that can simultaneously function as multiplexing and demultiplexing.
[0002]
[Prior art]
  In the near future wavelength division multiplexing communication, one form is an interleave system. In this method, a signal having a constant channel wavelength interval is demultiplexed into two signals having a channel wavelength interval twice that of the channel wavelength and shifted in phase by the channel wavelength interval, or vice versa. An optical multiplexer / demultiplexer with is essential. Such an optical multiplexer / demultiplexer used for interleaved wavelength division multiplexing communication needs to have a wide and flat pass wavelength band.
[0003]
  FIG. 24 shows a conventional optical multiplexer / demultiplexer having the above function. This optical multiplexer / demultiplexer has two waveguides with different lengths connecting four optical couplers 24, 25, 26, and 27 and adjacent optical couplers in order to obtain a wide and flat pass wavelength range. (A set of waveguides 28a and 28b, waveguides 29a and 29b, and waveguides 30a and 30b), which corresponds to a multistage connection of Mach-Zehnder interference circuits. An optical multiplexer / demultiplexer in which Mach-Zehnder interference circuits are connected in series in multiple stages is disclosed, for example, in US Pat. No. 5,852,505.
[0004]
  FIG. 25 shows the spectral response of the output from the port 22 when white light is input from the port 21 of the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 24, and FIG. 26 shows the spectral response of the output from the port 23. Signal λ having a channel wavelength interval of about 0.4 nm (frequency: 50 GHz)₁ , Λ₂ , Λ_Three , Λ_FourIs input from the port 21, the signal λ is output from the port 22.₁ , Λ_Three , The signal λ from the port 23₂ , Λ_FourAre output, and the channel wavelength interval thereof is about 0.8 nm (frequency: 100 GHz). As shown in FIGS. 25 and 26, the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 24 in which Mach-Zehnder interference circuits are connected in series in multiple stages can provide a wide and flat pass wavelength band.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the conventional optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 24 has a drawback that chromatic dispersion is large.
[0006]
  27 shows the chromatic dispersion characteristics of the optical path input from the port 21 and output from the port 22, and FIG. 28 shows the chromatic dispersion characteristics of the optical path input from the port 21 and output from the port 23, respectively. In both FIG. 27 and FIG. 28, the horizontal axis indicates not the wavelength but the frequency, and indicates the dispersion only in the vicinity of the pass wavelength band. As shown in the figure, it has a dispersion near 30 ps / nm in the vicinity of the pass wavelength region. Although this value varies depending on the parameter, it is inevitable that the dispersion increases when the wavelength flatness of the loss is improved. Large chromatic dispersion is disadvantageous in terms of system transmission speed and relay distance.
[0007]
  In addition, the conventional optical multiplexer / demultiplexer can have both functions of optical multiplexing / demultiplexing, but a single optical multiplexer / demultiplexer can simultaneously combine and demultiplex a plurality of optical signals having different signal sources. Therefore, at least one optical multiplexer / demultiplexer was required for multiplexing and demultiplexing. Accordingly, the required number of optical multiplexer / demultiplexer spaces is required.
[0008]
  Therefore, an object of the present invention is to realize an optical multiplexer / demultiplexer having extremely small wavelength dispersion and excellent wavelength flatness of loss in the pass wavelength region.
[0009]
  An object of the present invention is to realize an optical multiplexer / demultiplexer that can reduce the space of an optical multiplexer / demultiplexer required for multiplexing and demultiplexing a plurality of optical signals having different signal sources.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the first of the above objects, the optical multiplexer / demultiplexer of the present invention includes:The first, second and third Mach-Zehnder interference circuits each having an optical path including a waveguide, and each of the Mach-Zehnder interference circuits has different lengths connecting between four optical couplers and adjacent optical couplers. A set of two waveguides and four ports for inputting and outputting light. The four optical couplers have a coupling rate of about 50% between the first and second optical couplers, And the fourth optical coupler have a coupling rate of about 2%, and the set of waveguides includes the longer waveguide between the first and second optical couplers and the third and fourth optical couplers. The longer waveguides are located on the same side and the longer waveguide between the second and third optical couplers is located on the opposite side of these longer waveguides, and the wavelength used. The maximum value of the band is λc, and the equivalent refractive index of the waveguide is N eff When the difference in waveguide length between the first optical coupler and the second optical coupler is ΔL, the difference in waveguide length between the second optical coupler and the third optical coupler is 2ΔL. The difference in waveguide length between the third optical coupler and the fourth optical coupler is 4ΔL−λc / N eff And the four ports include a first port and a second port connected to the first optical coupler, a third port and a fourth port connected to the fourth optical coupler, and the first port And the third port are located on the same side as the longer waveguide between the first and second optical couplers and the longer waveguide between the third and fourth optical couplers, and the first Mach-Zehnder The second port of the second Mach-Zehnder interference circuit is connected to the third port of the circuit, and the second port of the third Mach-Zehnder interference circuit is connected to the fourth port of the first Mach-Zehnder interference circuit. It is.
[0011]
  In order to achieve the first of the above objects, the optical multiplexer / demultiplexer of the present invention includes first, second, and third Mach-Zehnder interference circuits having an optical path including a waveguide. Each of the four optical couplers includes four optical couplers, a pair of two waveguides having different lengths connecting adjacent optical couplers, and four ports for inputting and outputting light. The coupling ratio of the first and second optical couplers is about 50%, the coupling ratio of the third and fourth optical couplers is about 2%, and the set of waveguides includes the first and second optical couplers. The longer waveguide between the couplers and the longer waveguide between the third and fourth optical couplers are located on the same side and the second and third on the opposite side of these longer waveguides. The longer waveguide between the optical couplers is located, and the maximum value of the wavelength band to be used is λc. The equivalent refractive index N of eff When the difference in waveguide length between the first optical coupler and the second optical coupler is ΔL, the difference in waveguide length between the second optical coupler and the third optical coupler is 2ΔL. The difference in waveguide length between the third optical coupler and the fourth optical coupler is 4ΔL−λc / N eff And the four ports include a first port and a second port connected to the first optical coupler, a third port and a fourth port connected to the fourth optical coupler, and the first port And the third port are located on the same side as the longer waveguide between the first and second optical couplers and the longer waveguide between the third and fourth optical couplers, and the first Mach-Zehnder The fourth port of the second Mach-Zehnder interference circuit is connected to the third port of the circuit, and the third port of the third Mach-Zehnder interference circuit is connected to the fourth port of the first Mach-Zehnder interference circuit. It is.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  FIG. 1 shows an embodiment of an optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention. The optical multiplexer / demultiplexer in FIG. 1 has three Mach-Zehnder interference circuits 2a, 2b, 2c, which are integrated. The three Mach-Zehnder interference circuits 2a, 2b, and 2c have the same structure, but the Mach-Zehnder interference circuits 2b and 2c are mirror images in the vertical direction of the figure. The optical multiplexer / demultiplexer is formed on the quartz substrate 1.
[0013]
  FIG. 3 shows the structure of the Mach-Zehnder interference circuit 2a, 2b or 2c. The Mach-Zehnder interference circuit is a set of two waveguides having different lengths (waveguides 14 and 15, waveguide 16) connecting four optical couplers 10, 11, 12, and 13 and adjacent optical couplers. 17 and waveguides 18 and 19). As the optical couplers 10 and 11, MMI type couplers may be used instead of the directional couplers. Of the waveguide sets, the longer waveguides of the first stage (between optical couplers 10 and 11) and the third stage (between optical couplers 12 and 13), that is, waveguides 15 and 19 are on the same side. Yes, the longer waveguide 17 of the second set is located on the opposite side. The terminal 6 of the waveguide outside the optical coupler 10 is a first port, the terminal 7 is a second port, the terminal 8 of the waveguide outside the optical coupler 13 is a third port, and the terminal 9 is a fourth port.
[0014]
  In the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 1, an optical signal is input to the first port (terminal 6) of the Mach-Zehnder interference circuit 2a, and the third port (terminal 8) of the Mach-Zehnder interference circuit 2a is connected to the first port of the Mach-Zehnder interference circuit 2b. The second port (terminal 9) of 2a is connected to the second port (terminal 7) of the Mach-Zehnder interference circuit 2c, and the fourth port (terminal 9) of the Mach-Zehnder interference circuit 2b is connected to the two ports (terminal 7). = Port 4) and the third port (terminal 8 = port 5) of the Mach-Zehnder interference circuit 2c are used to output optical signals after the demultiplexing.
[0015]
  FIG. 2 shows another embodiment of the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention. The optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 2 has three Mach-Zehnder interference circuits 32a, 32b, and 32c, which are integrated. The basic structure of the Mach-Zehnder interference circuits 32a, 32b, and 32c of the optical multiplexer / demultiplexer is the same as that shown in FIG. The Mach-Zehnder interference circuit 32a has the same structure as the Mach-Zehnder interference circuit 2a, and the Mach-Zehnder interference circuits 32b and 32c are the output side (third port and fourth port) and the input side (first port) of the Mach-Zehnder interference circuit 32a. And the second port) (reversed in the horizontal direction in the figure).
[0016]
  In the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 2, an optical signal is input to the first port (terminal 6) of the Mach-Zehnder interference circuit 32a, and the third port (terminal 8) of the Mach-Zehnder interference circuit 32a is connected to the first port of the Mach-Zehnder interference circuit 32b. The fourth port (terminal 9) of the port 32a is connected to the fourth port (terminal 9) to the third port (terminal 8) of the Mach-Zehnder interference circuit 32c, and the second port (terminal 7) of the Mach-Zehnder interference circuit 32b is connected. = Port 34) and the second port (terminal 7 = port 35) of the Mach-Zehnder interference circuit 32c, the optical signal after the multiplexing / demultiplexing is output.
[0017]
  In the Mach-Zehnder interference circuit shown in FIG. 3, the coupling rate between the optical couplers 10 and 11 is about 50% (design value), for example, and the coupling rate between the optical couplers 12 and 13 is about 2% (design value), for example. is there. Assuming that the maximum value (center wavelength) of the wavelength band using the optical multiplexer / demultiplexer is λc, the equivalent refractive index of the waveguide is Neff, and the difference in length between the waveguide 14 and the waveguide 15 is ΔL, the waveguide 16 and the waveguide Each waveguide set is configured such that the difference in length of 17 is 2ΔL, and the difference in length between the waveguide 18 and the waveguide 19 is 4ΔL−λc / Neff.
[0018]
  8 to 11 show loss characteristics and chromatic dispersion characteristics of the Mach-Zehnder interference circuit shown in FIG. FIG. 8 shows loss characteristics and chromatic dispersion characteristics of an optical path (referred to as a first optical path) input to the first port (terminal 6) and output from the third port (terminal 8). FIG. 9 shows loss characteristics and chromatic dispersion characteristics of an optical path (referred to as a second optical path) input to the second port (terminal 7) and output from the fourth port (terminal 9). As is clear from comparison between FIG. 8 and FIG. 9, the loss characteristics of the first optical path and the second optical path are the same, and the chromatic dispersion characteristics are opposite. In the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 1, the first optical path from the first port (terminal 6) of the Mach-Zehnder interference circuit 2a to the third port (terminal 8) is connected to the second port (terminal 7 of the Mach-Zehnder interference circuit 2b). ) To the fourth optical port (terminal 9) to cancel each chromatic dispersion characteristic. Also in the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 2, the first optical path from the first port (terminal 6) of the Mach-Zehnder interference circuit 32a to the third port (terminal 8) is connected to the fourth port (terminal 9) of the Mach-Zehnder interference circuit 32b. ) To a second optical path from the second port (terminal 7) to cancel each chromatic dispersion characteristic. At this time, although the pass wavelength band is slightly narrowed, the signal passes through the filter twice, so that the blocking characteristic is improved and the optical isolation is doubled.
[0019]
  FIG. 10 shows loss characteristics and chromatic dispersion characteristics of an optical path (referred to as a third optical path) input to the first port (terminal 6) and output from the fourth port (terminal 9). FIG. 11 shows loss characteristics and chromatic dispersion characteristics of an optical path (referred to as a fourth optical path) input to the second port (terminal 7) and output from the third port (terminal 8). As is clear from comparison between FIG. 10 and FIG. 11, the loss characteristics are the same and the chromatic dispersion characteristics are opposite in the third optical path and the fourth optical path. In the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 1, the third optical path from the first port (terminal 6) of the Mach-Zehnder interference circuit 2a to the fourth port (terminal 9) is connected to the second port (terminal 7 of the Mach-Zehnder interference circuit 2c). ) To the fourth port from the third port (terminal 8) to cancel each chromatic dispersion characteristic. In the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 2, the third optical path from the first port (terminal 6) of the Mach-Zehnder interference circuit 32a to the fourth port (terminal 9) is connected to the third port (terminal 8) of the Mach-Zehnder interference circuit 32c. ) To the second port (terminal 7), the respective wavelength dispersion characteristics are offset.
[0020]
  FIG. 12 shows another embodiment of the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention. The optical multiplexer / demultiplexer in FIG. 12 has three Mach-Zehnder interference circuits 42a, 42b, and 42c, which are the same as the Mach-Zehnder interference circuits 32a, 32b, and 32c in FIG. 2 differs from the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 2 in that the second port (terminal 7) of the Mach-Zehnder interference circuit 32a opened by the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 2 is used as an output port in the Mach-Zehnder interference circuit 42a of FIG. The first ports of the Mach-Zehnder interference circuits 32b and 32c opened by the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 2 are used as the input ports of the Mach-Zehnder interference circuits 42b and 42c, Optical isolators 51, 52, and 53 are inserted between the input ports 43, 47, and 48 of the optical multiplexer / demultiplexer and the first ports (terminals 6) of the Mach-Zehnder interference circuits 42a, 42b, and 42c, respectively. is there.
[0021]
  The combination of the three Mach-Zehnder interference circuits 42a, 42b, 42c of the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 12 has the same characteristics as the combination of the Mach-Zehnder interference circuits 32a, 32b, 32c of the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. Optical signal λ from input port 43₁, λ₂ , λ_Three , λ_FourIs input to the second port (terminal 7) of the Mach-Zehnder interference circuit 42b and 42c, that is, the optical signals (λ) output from the ports 44 and 45 of the optical multiplexer / demultiplexer.₁, λ_Three And λ₂ , λ_Four ), The optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 12 acts as an optical demultiplexer. In this case, regardless of the presence of the optical isolator 51, the optical signal path of the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 12 is the same as that of the optical multiplexer / demultiplexer of FIG.
[0022]
  On the other hand, optical signals λ having different wavelengths from input ports 47 and 48 via optical isolators 52 and 53, respectively.₂ , λ_Four And optical signal λ₁ , λ_ThreeIs input from the second port (terminal 7) of the Mach-Zehnder interference circuit 42a, that is, the port 46 of the optical multiplexer / demultiplexer.₁ , λ₂, λ_Three , λ_Four Is output. That is, the optical multiplexer / demultiplexer in FIG. 12 functions as an optical multiplexer. Therefore, when the optical multiplexer / demultiplexer of FIG. 12 is used, it plays the role of one optical multiplexer and one optical demultiplexer at the same time.
[0023]
  A third optical path from the first port of the Mach-Zehnder interference circuit 42b to the fourth port (terminal 9), and a Mach-Zehnder for optical signals input from the input ports 47 and 48, combined and output from the port 46 The fourth optical path from the third port (terminal 8) of the interference circuit 42a to the second port (terminal 7) has reverse wavelength dispersion characteristics, and from the first port (terminal 6) of the Mach-Zehnder interference circuit 42c. The first optical path to the third port (terminal 8) and the second optical path from the fourth port (terminal 9) to the second port (terminal 7) of the Mach-Zehnder interference circuit 42a have opposite chromatic dispersion characteristics. Have. In any of the paths, the chromatic dispersion characteristics are offset, and the chromatic dispersion is theoretically zero.
[0024]
  Of course, the Mach-Zehnder interference circuits 42a, 42b, and 42c of the optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 12 can be replaced with (equivalent) optical multiplexer / demultiplexers that perform the same operation. FIG. 13 is a conceptual diagram of an optical multiplexer / demultiplexer when the equivalent optical multiplexer / demultiplexer circuits 62a, 62b, 62c having terminals 6, 7, 8, 9 are replaced.
[0025]
  The optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 12 can have another layout on the quartz substrate 41. FIG. 14 shows an example of another layout of the optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG.
[0026]
  The optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 12 can be applied to a wavelength division multiplexing optical communication system, and is particularly suitable for a bidirectional transmission system. The optical multiplexer / demultiplexer of the present invention is not limited to one using a waveguide, but may be one using an optical fiber coupler.
[0027]
【Example】
  The following examples further illustrate the configuration and effects of the present invention.
Example 1 The optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 1 was formed on a quartz substrate 1. Specifically, the GeO is formed on the quartz substrate 1.₂ Doped SiO₂ A core glass film is formed by sputtering, a pattern is formed by photoetching, and a SiO2 film is formed thereon by plasma CVD.₂A clad layer was formed. Using this optical multiplexer / demultiplexer, an optical signal λ having a wavelength interval of 0.4 nm from the first port (terminal 6 = port 3) of the Mach-Zehnder interference circuit 2a.₁, λ₂ , λ_Three , λ_Four Is input from the port 4 to the optical signal λ.₁ , λ_Three, Optical signal λ from port 5₂ , λ_Four Are output respectively. As described above, the optical path from port 3 to port 4 and the optical path from port 3 to port 5 cancel each other out of the chromatic dispersion characteristics of the Mach-Zehnder interference circuit, and optical multiplexing / demultiplexing with no theoretically no dispersion. A vessel is obtained.
[0028]
  4 to 7 show optical characteristics of the optical multiplexer / demultiplexer according to the first embodiment (FIG. 1). FIG. 4 shows the wavelength loss characteristic of the optical signal input from the port 3 and output from the port 4, and FIG. FIG. 5 shows the wavelength loss characteristics of the optical signal input from the port 3 and output from the port 5, and FIG. The loss characteristic in the pass wavelength band is flat with respect to the wavelength, and the dispersion is almost zero in the entire pass band shown in the figure.
[0029]
Example 2 The optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 2 was manufactured in the same manner as in Example 1. Using this optical multiplexer / demultiplexer, an optical signal λ having a wavelength interval of 0.4 nm is transmitted from the first port (terminal 6 = port 33) of the Mach-Zehnder interference circuit 32a.₁ , λ₂ , λ_Three , λ_FourIs input from the port 34 to the optical signal λ.₁ , λ_Three The optical signal λ from the port 35₂ , λ_FourIs output. As described above, the optical path from the port 33 to the port 34 and the optical path from the port 33 to the port 35 cancel each other out because the chromatic dispersion characteristics of the connected Mach-Zehnder interferometers cancel each other. An optical multiplexer / demultiplexer is obtained.
[0030]
  In Example 1, GeO₂ Doped SiO₂ Instead of the core glass film, TiO₂Doped SiO₂ A core glass film may be used. In addition, it is desirable to irradiate the carbon dioxide laser after manufacturing the optical multiplexing / demultiplexing circuit element in order to correct manufacturing errors. Any known waveguide fabrication may be used to fabricate the optical multiplexer / demultiplexer.
[0031]
[Example 3] The optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 12 was manufactured in the same manner as in Example 1. An optical isolator having an isolation of about 20 dB was used, and was fused and fixed to the waveguide module. Using this optical multiplexer / demultiplexer, an optical signal λ having a wavelength interval of 0.4 nm from the input port 43₁ , λ₂ , λ_Three , λ_Four Is input to the first port (terminal 6) of the Mach-Zehnder interference circuit 42a via the optical isolator 51, the optical signal λ is transmitted from the port 44.₁, λ_Three , The optical signal λ from the port 45₂ , λ_Four Is output. As described above, the optical dispersion from the input port 43 to the port 44 and the optical path from the input port 43 to the port 45 cancel each other out of the wavelength dispersion characteristics of the connected Mach-Zehnder interference circuits. The waver acts as an optical demultiplexer with no theoretical dispersion.
[0032]
  FIG. 15 shows the wavelength loss characteristics when an optical signal is input to the input port 43 and output from the port 44. FIG. 16 shows the wavelength loss characteristics when an optical signal is input to the input port 43 and output from the port 45. Wavelength λ₁ , λ_Three Or wavelength λ₂, λ_FourThe wavelength loss is 0 dB.
[0033]
  FIG. 19 shows the chromatic dispersion characteristics of the passing wavelength band of the optical path from the input port 43 to the port 44, and FIG. 20 shows the chromatic dispersion characteristics of the passing wavelength band of the optical path from the input port 43 to the port 45.
[0034]
  Optical signal λ from input port 47₂ , λ_Four From the input port 48 to the optical signal λ₁ , λ_ThreeIs input to each first port (terminal 6) of the Mach-Zehnder interference circuits 42b and 42c via the optical isolators 52 and 53, respectively, the optical signal λ combined from the port 46₁, λ₂ , λ_Three , λ_Four Is output. Since the optical path from the input port 47 to the port 46 and the optical path from the input port 48 to the port 46 are already cancelled, the chromatic dispersion characteristics cancel each other between the connected Mach-Zehnder interference circuits. The optical multiplexer / demultiplexer acts as an optical demultiplexer with no theoretical dispersion.
[0035]
  FIG. 17 shows the wavelength loss characteristics when an optical signal is input to the input port 47 and output from the port 46. FIG. 18 shows wavelength loss characteristics when an optical signal is input to the input port 48 and output from the port 46. Wavelength λ₂ , λ_Four Or wavelength λ₁ , λ_ThreeThe wavelength loss is 0 dB.
[0036]
  FIG. 21 shows the chromatic dispersion characteristics of the passing wavelength band of the optical path from the input port 47 to the port 46, and FIG. 22 shows the chromatic dispersion characteristics of the passing wavelength band of the optical path from the input port 48 to the port 46.
[0037]
  As shown in FIG. 23, the third port (terminal 8) of the first Mach-Zehnder interference circuit 72a is changed to the second port (terminal 7) of the second Mach-Zehnder interference circuit 72b, and the fourth port (terminal 9) is also used. Are connected to the second port (terminal 7) of the third Mach-Zehnder interference circuit 72c, respectively, and the third port (terminal 8) of the Mach-Zehnder interference circuit 72b and It is also possible to provide optical isolators 73 and 74 in the fourth port (terminal 9), respectively, and input optical signals through these. Even in this case, the second object of the present invention, that is, simultaneous use of demultiplexing / multiplexing of one optical multiplexer / demultiplexer can be achieved, but the second port (terminal 7 = 46) of the first Mach-Zehnder interference circuit 72a. The chromatic dispersion of the combined optical signal output from the (port) does not become zero but slightly increases. Therefore, it is somewhat disadvantageous to use an optical isolator having the first Mach-Zehnder interference circuit as an output side by inserting an optical isolator on the input side in this configuration.
[0038]
【The invention's effect】
  According to the present invention, an optical multiplexer / demultiplexer having extremely small chromatic dispersion (theoretically zero) and excellent wavelength flatness of loss in the pass wavelength region is realized. Since optical multiplexing / demultiplexing can be performed without increasing chromatic dispersion, it is practically possible to increase the transmission speed and extend the relay distance in the wavelength division multiplexing communication system.
[0039]
  Since the optical signal passes through the two optical multiplexing / demultiplexing circuits, it receives a two-stage filter effect and improves the isolation characteristics.
[0040]
  Further, according to the present invention (by adopting the configuration as shown in FIG. 12), an optical multiplexer / demultiplexer that functions as one optical multiplexer / demultiplexer and one optical multiplexer / demultiplexer at the same time is realized. Therefore, it is possible to reduce the space of the optical multiplexer / demultiplexer necessary for multiplexing and demultiplexing a plurality of optical signals having different signal sources, and to reduce the cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory plan view showing an embodiment of an optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory plan view showing an embodiment of an optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an optical multiplexing / demultiplexing circuit used in the present invention.
FIG. 4 is a graph showing wavelength loss characteristics of an optical signal.
FIG. 5 is a graph showing wavelength loss characteristics of an optical signal.
FIG. 6 is a graph showing wavelength loss characteristics and chromatic dispersion characteristics in a pass wavelength region.
FIG. 7 is a graph showing wavelength loss characteristics and chromatic dispersion characteristics in a pass wavelength region.
FIG. 8 is a graph showing optical path loss characteristics and chromatic dispersion characteristics;
FIG. 9 is a graph showing optical path loss characteristics and chromatic dispersion characteristics;
FIG. 10 is a graph showing optical path loss characteristics and chromatic dispersion characteristics;
FIG. 11 is a graph showing loss characteristics and chromatic dispersion characteristics of an optical path.
FIG. 12 is an explanatory plan view showing another embodiment of the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention.
FIG. 13 is a conceptual diagram of an optical multiplexer / demultiplexer when replaced with an equivalent optical multiplexing / demultiplexing circuit.
FIG. 14 is an explanatory plan view showing another layout of the optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 12;
FIG. 15 is a graph showing wavelength loss characteristics.
FIG. 16 is a graph showing wavelength loss characteristics.
FIG. 17 is a graph showing wavelength loss characteristics.
FIG. 18 is a graph showing wavelength loss characteristics.
FIG. 19 is a graph showing chromatic dispersion characteristics in a pass wavelength region of an optical path.
FIG. 20 is a graph showing chromatic dispersion characteristics in the pass wavelength region of the optical path.
FIG. 21 is a graph showing chromatic dispersion characteristics in a passing wavelength region of an optical path.
FIG. 22 is a graph showing chromatic dispersion characteristics in the pass wavelength region of the optical path.
FIG. 23 is an explanatory plan view showing still another embodiment of the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention.
FIG. 24 is an explanatory plan view showing a conventional optical multiplexer / demultiplexer.
FIG. 25 is a graph showing a spectral response of an output when white light is input to a conventional optical multiplexer / demultiplexer.
FIG. 26 is a graph showing a spectral response of an output when white light is input to a conventional optical multiplexer / demultiplexer.
FIG. 27 is a graph showing wavelength dispersion characteristics of an optical path.
FIG. 28 is a graph showing wavelength dispersion characteristics of an optical path.
[Explanation of symbols]
  1 Quartz substrate
  2a, 2b, 2c Mach-Zehnder interference circuit
  3, 4, 5 ports
  6,7,8,9 terminal
  10, 11, 12, 13 Optical coupler
  14,15 Waveguide
  16, 17 Waveguide
  18, 19 Waveguide
  20 Optical multiplexer / demultiplexer
  21, 22, 23 ports
  24, 25, 26, 27 Optical coupler
  28a, 28b Waveguide
  29a, 29b waveguide
  30a, 30b waveguide
  31 Quartz substrate
  32a, 32b, 32c Mach-Zehnder interference circuit
  33, 34, 35 ports
  41 Quartz substrate
  42a, 42b, 42c Mach-Zehnder interference circuit
  43 Input port
  44, 45, 46 ports
  47, 48 input ports
  51, 52, 53 Optical isolator
  62a, 62b, 62c Optical multiplexing / demultiplexing circuit
  71 quartz substrate
  72a, 72b, 72c Mach-Zehnder interference circuit
  73, 74 Optical Isolator

Claims

Comprising first, second and third Mach-Zehnder interference circuits having optical paths including waveguides;
Each of the Mach-Zehnder interference circuits has four optical couplers, a pair of two waveguides having different lengths connecting adjacent optical couplers, and four ports for inputting and outputting light. And
The four optical couplers have a coupling ratio of about 50% for the first and second optical couplers and about 2% for the third and fourth optical couplers,
The set of waveguides is such that the longer waveguide between the first and second optical couplers and the longer waveguide between the third and fourth optical couplers are located on the same side. The longer waveguide between the second and third optical couplers is located on the opposite side of the longer waveguide,
If the maximum value of the wavelength band to be used is λc, the equivalent refractive index of the waveguide is N eff , and the difference in length of the waveguide between the first optical coupler and the second optical coupler is ΔL, the second The difference in waveguide length between the second optical coupler and the third optical coupler is 2ΔL, and the difference in waveguide length between the third optical coupler and the fourth optical coupler is 4ΔL−λc / N eff And
The four ports include a first port and a second port connected to the first optical coupler, a third port and a fourth port connected to the fourth optical coupler, and the first port and the third port. The port is on the same side as the longer waveguide between the first and second optical couplers and the longer waveguide between the third and fourth optical couplers;
The second port of the second Mach-Zehnder interference circuit is connected to the third port of the first Mach-Zehnder circuit, and the second port of the third Mach-Zehnder interference circuit is connected to the fourth port of the first Mach-Zehnder interference circuit Being
An optical multiplexer / demultiplexer characterized by that.

Comprising first, second and third Mach-Zehnder interference circuits having optical paths including waveguides;
Each of the Mach-Zehnder interference circuits has four optical couplers, a pair of two waveguides having different lengths connecting adjacent optical couplers, and four ports for inputting and outputting light. And
The four optical couplers have a coupling ratio of about 50% for the first and second optical couplers and about 2% for the third and fourth optical couplers,
The set of waveguides is such that the longer waveguide between the first and second optical couplers and the longer waveguide between the third and fourth optical couplers are located on the same side. The longer waveguide between the second and third optical couplers is located on the opposite side of the longer waveguide,
In addition, the maximum value of the wavelength band to be used is λc, and the equivalent refractive index of the waveguide is N eff When the difference in waveguide length between the first optical coupler and the second optical coupler is ΔL, the difference in waveguide length between the second optical coupler and the third optical coupler is 2ΔL. The difference in waveguide length between the third optical coupler and the fourth optical coupler is 4ΔL−λc / N eff And
The four ports include a first port and a second port connected to the first optical coupler, a third port and a fourth port connected to the fourth optical coupler, and the first port and the third port. The port is on the same side as the longer waveguide between the first and second optical couplers and the longer waveguide between the third and fourth optical couplers;
The fourth port of the second Mach-Zehnder interference circuit is connected to the third port of the first Mach-Zehnder interference circuit, and the third port of the third Mach-Zehnder interference circuit is connected to the fourth port of the first Mach-Zehnder interference circuit Being
An optical multiplexer / demultiplexer characterized by that.

3. The optical multiplexer / demultiplexer according to claim 1 , wherein the optical coupler is a directional coupler.

The optical multiplexer / demultiplexer according to claim 1 or 2 , wherein the optical coupler is an MMI coupler.

5. The optical multiplexer / demultiplexer according to claim 1, wherein the first, second and third Mach-Zehnder interference circuits are optical waveguides formed on a flat substrate made of quartz or the like.